混凝土大坝抗震数值分析理论与工程应用

涂劲，女，工学博士，中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心高级工程师。1996年毕业于哈尔滨建筑大学结构工程专业，获工学硕士学位；1999年毕业于中国水利水电科学研究院研究生部水工结构专业，获工学博士学位；20002002年在中国地震局工程力学研究所土。木工程博士后流动站地震工程及防护工程专业完成博士后研究工作。1999年至今在中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心从事水工抗震科研工作，其间结合国家重点水电工程，作为技术骨干完成多项国家科技攻关重点项目。国电公司重点项目、国家自然科学基金项目等科研工作。发表论文20余篇，获部级科技进步奖3项。

序

前言

第一章　绪论

混凝土大坝抗震分析研究概况

坝体-地基体系动力分析有限元软件开发及应用

参考文献

第二章　混凝土大坝常规抗震分析方法

混凝土重力坝常规动力分析方法

拱坝常规动力分析方法

基于概率极限状态设计原则的大坝抗震安全评价

参考文献

第三章　有限元法基本原理及结构动力学问题的有限元法求解

有限元法基本原理

运动过程

振型叠加法求解结构动力反应

直接积分法进行结构动力响应过程分析

参考文献

第四章　地震波动反应分析方法

第五章　动接触问题求解方法

第六章　混凝土大坝抗震数值模拟体系

第七章　工程应用实例

第八章　展望

……2100433B

随着我国水电建设事业的加速发展，在西南、西北高地震区在建和拟建的大型水电工程面临的抗震安全问题十分突出，混凝土大坝抗震安全性分析与评价为工程界所深切关注。本书将介绍混凝土大坝抗震数值分析的发展状况、基本理论和常规方法，而后结合作者近年来的科研工作，重点阐述混凝土大坝—地基体系的非线性地震波动反应分析方法及坝体强度与抗震稳定性校核相统一的新的大坝—地基体系抗震安全评价的概念与方法，并结合工程实例，介绍其实际应用与计算分析成果。

本书既可供从事混凝土大坝设计、研究的专业工程技术人员使用，也可作为高等院校相关专业的研究生的参考用书。

书系统介绍了作者近些年来在岩体工程稳定性和加固措施评价方面的研究成果以及在国内重大工程中的应用。主要针对岩体工程的整体稳定性分析、加固措施评价和优化、长期安全性分析、动力情况下的安全性分析、水对岩体结构的影响相关的理论模型和分析方法进行了叙述，还对锦屏一级、拉西瓦、溪洛渡等重大工程的安全性数值仿真进行了详细介绍。本书可供从事岩石力学、岩体工程和水工结构工程领域的科研和人员使用，同时对交通、采矿和能源工程领域的相关科研人员提供有益帮助。也可以作为高等院校岩土相关专业的研究生教学用书。

本教材根据（全日制、在职）工程硕士研究生的特点和培养创新型人才的要求，将矩阵论与数值分析的有关理论与方法按内容体系编写.全书共6章，分别是矩阵运算与矩阵分解、线性空间与线性变换、矩阵的若尔当标准形与矩阵函数、方程与方程组的数值解法、数值逼近方法与数值微积分、常微分方程的数值解法.为提高工程硕士研究生应用数学方法和科学计算解决实际问题的能力，各章最后一节给出了一些应用案例，对一些重要的问题给出了求解问题的MATLAB程序.

本书可供工程硕士研究生以及理工科非计算数学专业的大学生阅读，也可供科技工作者参考.

第1章绪论

1.1岩体工程安全

1.2岩体工程的稳定和加固分析

1.2.1岩体工程的稳定性评价

1.2.2岩体工程加固效果的评价

1.2.3基于地质力学模型试验的岩体工程稳定分析

1.2.4岩体工程稳定分析要考虑的其他因素

参考文献

第2章基于弹塑性理论的岩体结构稳定性和加固分析

2.1关联理想弹塑性本构关系及其增量拓展

2.1.1关联理想弹塑性本构关系

2.1.2弹塑性本构关系的增量拓展

2.2变形稳定和控制理论

2.2.1弹塑性结构的失稳及稳定性评价

2.2.2变形稳定和控制理论的有限元实现和加固分析

2.2.3长方柱体的压缩数值试验

2.2.4条形基础和地基系统加固数值试验

2.2.5坝踵区不同尺寸有限元网格数值试验

2.3关于变形稳定和控制理论的进一步讨论

2.3.1结构变形和加固之间的关系

2.3.2结构稳定性分析

2.3.3变形稳定和控制理论与刚体极限平衡法的对比

2.4基于弹塑性数值模拟的岩体结构抗滑稳定分析

2.4.1滑块的极限平衡分析

2.4.2基于多重网格法的滑面受力分析

2.4.3计算精度分析

2.4.4与刚体极限平衡法的对比

参考文献

第3章岩体非平衡演化及时效变形稳定和控制理论

3.1概述

3.1.1岩体结构工程中的非平衡演化

3.1.2新奥法施工原理和非平衡演化机制

3.2时效变形稳定和控制理论

3.2.1Lyapunov稳定性

3.2.2基于过应力的黏塑性模型

3.2.3时效塑性余能范数

3.2.4时效不平衡力

3.2.5非平衡演化特性与时效变形稳定和控制理论

3.3时效变形稳定和控制理论的数值实现及验证

3.3.1基于蠕变损伤模型的数值实现

3.3.2数值算例和验证

3.4岩体结构非平衡演化的驱动机制

3.4.1岩体结构的非平衡演化规律

3.4.2驱动岩体结构非平衡演化的有效应力

3.4.3有效应力形式本构方程及非弹性余能

3.4.4岩体结构非平衡演化稳定性分析

参考文献

第4章基于内变量热力学的蠕变损伤本构模型

4.1概述

4.1.1岩体结构工程时效分析的数值方法

4.1.2流变试验研究

4.1.3流变模型研究

4.1.4岩体流变与损伤耦合的本构方程研究

4.2基于内变量热力学理论的流变模型

4.2.1Rice内变量热力学理论

4.2.2内变量流变模型

4.2.3黏弹性本构方程及其基本性质

4.2.4黏塑性本构方程及其基本性质

4.3单轴蠕变试验验证和参数辨识

4.3.1试验材料和设备

4.3.2单轴蠕变加卸载试验

4.3.3黏弹性本构方程参数拟合

4.3.4黏塑性本构方程参数拟合

4.3.5方程参数敏感性分析

4.4基于内变量热力学理论的岩体结构长期稳定性评价

4.4.1材料系统的热力学稳定分析

4.4.2蠕变的热力学性质

4.4.3岩体结构的长期稳定性评价

4.5蠕变损伤模型的程序实现

4.5.1内变量蠕变本构方程的中心差分形式

4.5.2流变模型的程序实现

4.5.3计算程序验证

4.6蠕变与应力松弛的内在一致性

4.6.1应力松弛研究综述

4.6.2应力松弛本构方程

4.6.3蠕变和松弛的内在一致性

参考文献

第5章水对岩体结构的影响分析

5.1概述

5.2水对岩体的作用机理和有效应力原理

5.2.1水对岩石的影响研究

5.2.2裂隙岩体非饱和有效应力原理

5.3水库诱发地震的机理分析及与库岸变形的相关性

5.3.1水库诱发地震

5.3.2库区及周边区域地震统计分析

5.3.3库岸变形与水库诱发地震机理分析

5.4考虑水影响的非线性蠕变损伤模型及数值实现

5.4.1水对岩石变形和强度的影响

5.4.2考虑水影响的非线性蠕变损伤模型

5.4.3数值实现

5.4.4蠕变试验及模型验证

5.5水对枢纽区地质体作用机理及工程应用

5.5.1水对枢纽区地质体作用机理

5.5.2溪洛渡拱坝谷幅变形及长期稳定性分析

参考文献

第6章岩体结构仿真分析平台及大规模数值计算

6.1概述

6.1.1数值仿真分析平台

6.1.2大规模数值计算

6.2岩体结构静动仿真分析平台

6.2.1程序框架设计和程序界面

6.2.2方程组求解

6.2.3刚度矩阵的生成和存储

6.2.4本构关系积分

6.2.5综合收敛准则的程序实现

6.2.6程序验证

6.3基于EBE策略的有限元并行计算

6.3.1有限元EBE方法的基本思想

6.3.2EBEPCG算法

6.3.3有限元EBEPCG方法的并行实现

6.3.4程序验证及效率分析

6.4基于CPU/GPU异构并行的大规模数值计算

6.4.1有限元CPU/GPU异构并行策略

6.4.2基于OpenMP的控制方程并行组装

6.4.3线性方程组求解的GPU并行实现

6.4.4并行计算效率分析

参考文献

第7章高拱坝稳定分析和加固评价

7.1基于三维非线性分析的坝肩抗滑稳定校核

7.1.1拱坝坝肩抗滑稳定分析

7.1.2溪洛渡右岸块体的抗滑稳定校核

7.1.3基于非线性分析的高拱坝坝肩抗滑安全控制标准

7.2基于变形稳定和控制理论的高拱坝整体稳定性和加固分析

7.2.1拱坝整体稳定性分析

7.2.2坝趾锚固分析

7.2.3坝踵开裂分析

7.2.4坝基断层加固处理研究

7.3基于非线性分析的拱坝坝肩动力稳定和加固分析

7.3.1基于变形稳定和控制理论的结构抗震稳定与加固分析

7.3.2基于变形稳定和控制理论的坝肩整体稳定性分析

7.4高拱坝基础的相互作用机理研究

7.4.1基于监测资料的高坝坝基变形模式分析

7.4.2坝基变形模式对坝体受力性态和破坏的影响研究

7.5高拱坝基础的破坏演化规律研究

7.5.1基于地质力学模型试验的拱坝破坏过程分析

7.5.2非线性起始安全系数K2对坝体破坏演化的控制作用

7.6高拱坝加固优化研究

7.6.1加固优化分析方法和工程概况

7.6.2拱坝工程加固优化分析

7.6.3高拱坝破坏与加固分析

7.7高拱坝建基面开挖卸荷松弛及对拱坝的影响研究

7.7.1卸荷计算方法与模型

7.7.2白鹤滩拱坝建基面开挖卸荷松弛分析

7.7.3建基面卸荷松弛对拱坝稳定性的影响

7.8高拱坝长期安全性评价

7.8.1高拱坝长期稳定性分析

7.8.2坝基长期变形及对拱坝的影响分析

参考文献

第8章水电岩质高边坡的非平衡演化和稳定性控制

8.1基于非线性数值模拟的岩质边坡抗滑稳定分析

8.1.1锦屏一级左岸高边坡的稳定分析

8.1.2大岗山右岸高边坡的稳定分析

8.2基于变形稳定和控制理论的边坡稳定性和加固分析

8.2.1边坡整体稳定性分析

8.2.2边坡的局部失稳和加固分析

8.2.3边坡稳定和加固分析中的关键问题分析

8.3大岗山右岸边坡稳定和加固分析

8.3.1工程概况

8.3.2计算模型及参数

8.3.3右岸边坡自重应力场分析

8.3.4右岸边坡整体稳定性分析

8.3.5改善边坡稳定性的加固优化分析

8.3.6边坡工程效果及效益评价

8.4锦屏一级左岸坝肩边坡长期稳定性分析

8.4.1工程概况

8.4.2计算模型及参数

8.4.3长期变形对坝体影响分析

8.4.4坝肩边坡变形分析

8.4.5左岸边坡长期稳定性分析

8.4.6蠕变计算与超载计算结果比较分析

8.5基于强度参数反演的高边坡稳定性评价

8.5.1红石岩堰塞体边坡工程概况及分析思路

8.5.2震后监测数据分析

8.5.3地质力学参数反演

8.5.4地震作用下整体稳定分析

8.6近坝高边坡稳定性分析及滑坡涌浪风险评价

8.6.1拉西瓦工程概况

8.6.2边坡稳定性、滑坡和涌浪的联合分析

8.6.3边坡稳定性分析及潜在滑坡体的确定

8.6.4滑坡涌浪分析

8.6.5分析框架效果评价

参考文献

第9章地下岩体工程的稳定和加固分析

9.1水电地下厂房的施工优化分析

9.1.1水布垭地下厂房概述

9.1.2计算模型和施工方案

9.1.3施工优化分析

9.2隧洞TBM施工过程仿真和支护时机研究

9.2.1概述

9.2.2深埋隧洞双护盾TBM数值模型

9.2.3围岩蠕变本构参数反演

9.2.4支护时机研究

9.2.5小结

9.3地下洞室群的连锁破坏分析

9.3.1地下储库洞群注采气情况下的连锁破坏分析

9.3.2地下盐岩储库的长期稳定性和破坏分析

9.4深埋地下隧洞的长期稳定性分析

9.4.1计算模型

9.4.2长期稳定性分析

参考文献 2100433B